WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ, БЕЛКОВ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ Донецк Типография Браво 2012 1 УДК 612. 015. 3 (075.8) ББК54.152я7 0-28 Рекомендовано Ученым ...»

-- [ Страница 1 ] --

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.ГОРЬКОГО

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. МЕТАБОЛИЗМ

УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ, БЕЛКОВ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ

Донецк

Типография «Браво»

2012

1

УДК 612. 015. 3 (075.8)

ББК54.152я7

0-28

Рекомендовано Ученым советом ДонНМУ им. М.Горького (протокол № 7_ от «26» октября_ 2012 года) Рецензенты:

Крюк Ю.Я. - профессор кафедры патологической физиологии ДонНМУ им. М.Горького, доктор медицинских наук Ивнев Б.Б. - профессор кафедры нормальной физиологии ДонНМУ им. М.Горького, доктор медицинских наук Бутева Л.В. – методист учебно-методического отдела, доцент, кандидат медицинских наук Борзенко Б.Г. Общие закономерности обмена веществ. Метаболизм углеводов, липидов, белков и его регуляция /Е.В. Богатырева, Ю.Д.Турсунова, Л.Ф. Землякова, Е.В. Хомутов - Донецк, 2012.- 106с.

Учебное пособие подготовлено для студентов стоматологического факультета в соответствии с типовой программой по биоорганической и биологической химии для студентов медицинских специальностей высших учебных заведений, утвержденной Министерством здравоохранения Украины. В учебном пособии изложен материал для модуля ««Общие закономерности обмена веществ. Метаболизм углеводов, липидов, белков и его регуляция». Особое внимание уделено вопросам необходимым для будущих стоматологов: особенности структуры и функции белков соединительной ткани, механизмам возникновения кариеса при не правильном питании. Пособие состоит из глав. Последняя глава содержит тестовые задания формата А для самопроверки усвоения материала. Издание содержит иллюстративный материал в виде таблиц, рисунков, схем.

УДК 612. 015. 3 (075.8) ББК54.152я

CОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Структура и функции белков Глава 2. Ферменты. Природа и свойства Глава 3. Регуляция активности ферментов Глава 4. Коферментная функция витаминов Глава 5. Введение в биоэнергетику Глава 6. Общие пути катаболизма углеводов, липидов, белков. Окислительное декабоксилирование пировиноградной кислоты. Цикл трикарбоновых кислот Глава 7. Особенности переваривания и всасывания углеводов.




Метаболизм Гликогена Глава 8. Гликолиз Глава 9. Глюконеогенез Глава 10. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы Глава 11. Общая характеристика липидов Глава 12. Клиническое значение исследования перекисного окисления липидов Глава 13. Особенности переваривания и всасывания липидов Глава 14. Катаболизм триацилглицеролов. Метаболизм кетоновых тел. Биосинтез и биотрансформация холестерола Глава 15. Биосинтез жирных кислот, триацилглицеролов и фосфоглицеридов Глава 16. Особенности переваривания и всасывания белков Глава 17. Общие пути преобразований аминокислот: трансаминирование, дезаминирование, декарбоксилирование Глава 18. Метаболизм отдельных аминокислот Глава 19. Пути детоксикации аммиака Глава 20. Вопросы и тестовые задания для самоконтроля

ВСТУПЛЕНИЕ

Биохимия - это наука, которая изучает биологические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности одно- и многоклеточных организмов. Для исследования этих процессов используется язык химии. При этом изучаются не только химический состав и химические процессы, протекающие в живых организмах, но и молекулярные основы жизни. Основные достижения биохимии, среди которых открытие свойств и механизмов действия ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, основы биохимической генетики, причины заболеваний на молекулярном уровне и ряд других, позволяют отнести биохимию к постоянно развивающимся фундаментальным научным дисциплинам.

Представленное учебное пособие подготовлено для студентов медицинских вузов, обучающихся по специальности «стоматология». Существует ошибочное мнение, согласно которому для клиницистов этой специальности изучение биохимии не столь уж необходимо.

Однако не только достижения стоматологии последних лет, в частности, использование имплантатов, исследование функциональных возможностей стволовых клеток, но и твердое убеждение лучших стоматологов прошлого и настоящего века утверждают обратное. Именно стоматолог, обследуя ротовую полость пациента, может отметить признаки гипо-, авитаминоза, а также первым порекомендовать пациенту обратиться к гастроэнтерологу, эндокринологу или другому специалисту узкого профиля.

Учебное пособие содержит материал, посвященный структурам и свойствам органических соединений: белков, углеводов, липидов, витаминов. В нем рассматриваются принципы работы ферментов, биоэнергетика живых организмов. Представлен материал о метаболизме углеводов, липидов и белков. Мы обращаем внимание студентов на особенности переваривания углеводов и липидов, начинающееся уже в ротовой полости, а также отмечаем, что ферментный спектр ротовой жидкости превосходит таковой в печени. Кроме того, в учебном пособии содержится материал по наследственным энзимопатиям углеводного, липидного и белкового обмена.

Преподаватели, подготовившие данное учебное пособие, старались изложить необходимый материал простим языком, учесть особенности заболеваний, представляющий профессиональный интерес для будущих врачей-стоматологов.

Надеемся, что данное учебное пособие будет полезным для наших читателей.

Доктор биологических наук, профессор Б.Г.Борзенко Белки – это наиболее важные молекулы жизни, отвечающие за важнейшие функции живого организма. Термин белки используется с 1838 года.





Белки – это высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот, соединённых пептидной связью.

Классификация белков По составу белки можно разделить на две группы:

1) простые - состоят только из аминокислот;

2) сложные, включающие, кроме аминокислот, вещества небелкового происхождения: углеводы, липиды, металлы. Например, гликопротеины, липопротеины, металлопротеины.

По функции, выполняемой в организме, белки условно можно разделить на статические (структурные) и динамические. Статические функции выполняют структурные белки, например, коллаген, эластин, кератины, а также сократительные белки – актин и миозин.

Динамические функции:

1) каталитические (ферменты);

2) регуляторные (гормоны, кальмодулин);

3) защитные (иммуноглобулины, интерферон);

4) гемостатические (выполняю факторы свёртывающей, противосвёртывающей и фибринолитическрой систем крови);

5) энергетическая функция (в очень небольшой степени).

По форме молекулы белки разделяют :

1) глобулярныеили шаровилные (альбумины, глобулины);

2) Фибриллярные или нитевидные ( коллаген).

Депо белков в организме отсутствует.

КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ

I. По строению радикала 1. Алифатические (гли, ала, вал, лей, илей).

2. Дикарбоновые (асп, глу).

3. Амиды дикарбоновых кислот (асн, глн).

4. Серосодержащие (мет, цис).

5. Циклические (фен, тир, три, гис).

6. Диаминомонокарбоновые (лиз, арг).

II. По кислотно-основным свойствам 1. Нейтральные.

III. По полярности 1. Неполярные (ала, вал, лей, мет, про, иле, три, фен).

а) незаряженные (сер, тре, цис, гли, тир,асн, глн);

отрицательно заряженные (глу, асп);

положительно заряженные (лиз, арг, гис).

СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ

Кислотно-основные свойства 1. Амфотерность Аминокислоты имеют функциональные группы с противоположными свойствами: кислую карбоксильную и основную аминогруппу. Поэтому в водном растворе аминокислоты существуют в виде биполярного иона.

Нейтральные аминокислоты в воде не имеют заряда. Дикарбоновые аминокислоты имеют две карбоксильные группы, которые диссоциируют, отдавая 2 протона, но поскольку у них только одна аминогруппа, принимающая один протон, то такие аминокислоты ведут себя как кислоты и раствор их имеет кислую реакцию. Сам ион аминокислоты заряжается отрицательно.

Диаминомонокарбоновые аминокислоты реагируют в водном растворе как слабые основания, так как один протон, который освобождается при диссоциации карбоксильной группы таких аминокислот, связывается с одной из аминогрупп, а вторая аминогруппа связывает протон из водного окружения, в результате увеличивается количество OH– групп и повышается pH. Заряд иона таких аминокислот будет положительным.

Добавляя к раствору аминокислоты определенное количество кислоты или щелочи, можно изменить их заряд. При определенном значении pH наступает такое состояние, при котором заряд аминокислоты становится нейтральным. Такое значение pH получило название изоэлектрической точки (ИЭТ). При значении pH, равном изоэлектрической точке, аминокислоты не перемещаются в электрическом поле. Если pH ниже изоэлектрической точки, катион аминокислоты движется к катоду, а при pH выше ИЭТ анион аминокислоты — к аноду.

На этих свойствах аминокислот основана возможность разделения их в электрическом поле (электрофорез). Кислые аминокислоты имеют ИЭТ в слабокислой среде, основные — в слабоосновной, а нейтральные — в нейтральной.

Обусловлена наличием у аминокислоты ассиметричного атома углерода (называется хиральный центр).

по абсолютной конфигурации (эталон — глицериновый альдегид).

АК могут быть L- или D-стереоизомеры. В состав белков организма входят L-стереоизомеры аминокислот.

Структурная организация белков и её Белки имеют сложную структурную организацию: различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белковой молекулы.

Первичная структура — это линейная последовательность аминокислотных остатков, соединённых пептидной связью.

Первичная структура белка генетически детерменирована (т.е. последовательность аминокислот в нем, программируется последовательностью нуклеотидов в ДНК) и несет информацию о его пространственной структуре. В большинстве белков пептидная цепь определенным образом свернута в пространстве Вторичная структура белка — локальная конформация, обусловленная вращением отдельных участков полипептидной цепи вокруг одинарных ковалентных связей.

Основные связи, которые стабилизируют вторичную структуру, — водородные.

Существуют различные виды вторичной структуры:

1) -спираль;

2) -складчатая структура, которая может быть параллельной и антипараллельной.

Рис.1.2 Виды вторичной структуры Несколько участков полипептидной цепи, организованных в пространстве в форме спирали или -структуры, могут объединяться, формируя надвторичную структуру. В результате в молекуле белка образуются домены (функциональные или структурные участки).

локальную конформацию.

Поддержанию третичной структуры белка способствуют гидрофобные связи, которые образуются внутри молекулы. В образовании этих связей принимают участие неполярные радикалы аминокислот. Могут также образовываться другие нековалентные связи.

Рис.1.3 Доменная организация иммуноглобулина G У белка, имеющего третичную структуру, на поверхности молекулы формируется участок, который может присоединять к себе другие молекулы, называемые лигандами. Этот участок называется активный центр и формируется из радикалов аминокислот, которые сближаются друг с другом при формировании третичной структуры. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра структуре лиганда.

Рис.1.5. Этапы формирования четвертичной структуры белка Белки с четвертичной структурой называются олигомерными, а составляющие их индивидуальные полипептидные цепи — протомерами или мономерами. Такие соединения стабилизируются водородными связями и электростатическими взаимодействиями между аминокислотными остатками, расположенными на поверхности протомеров.

Преимущества белков с четвертичной структурой:

1) экономия генетического материала;

2) уменьшение числа ошибок при синтезе белка;

3) качественное разнообразие белков — появление у белков новых функций.

Многие белки в своем составе, помимо аминокислот, могут содержать и небелковые компоненты. Эти соединения в составе белков называют простетической группой.

Простетические группы соединяются с белком разными типами связей.

В зависимости от химического состава простетической группы сложные белки можно разделить на несколько классов.

1. Хромопротеины. Это белки, простетическая группа которых имеет окраску. К ним относятся многие белки, содержащие металлы. Например, церулоплазмин — белок, содержащий медь, имеет синюю окраску. Белки, содержащие железо: гемоглобин, миоглобин, цитохромы. Они имеют красную окраску. Присутствие витамина B2 придает белкам желтый цвет (флавопротеины).

Простетическая группа хромопротеинов связана с аминокислотой гистидином полипептидной цепи координационными связями.

2. Гликопротеины. Это белки, простетическая группа которых содержит углеводы. Углевод соединяется с белковой частью ковалентными связями. В соединении с углеводом участвует OH-группа аминокислот серина или треонина. Гликопротеины — это часть белково-углеводных комплексов. Этим белкам принадлежит важная роль в структурной организации клеток и тканей, они выполняют защитные функции. Основная часть внеклеточных белков — это гликопротеины.

3. Липопротеины. Это белки, простетическая группа которых содержит липиды. Они обеспечивают транспорт липидов в крови, являются компонентами биологических мембран.

Связи между белковой частью молекулы и липидом — гидрофобные или ионные.

4. Металлопротеины. Это белки, простетическая группа которых представлена металлами.

Они транспортируют или участвуют в депонировании металлов (ферритин, трансферрин).

Между белком и простетической группой образуются координационные связи.

5. Нуклеопротеины. Простетическая группа у таких белков — нуклеиновая кислота.

Различают дезоксирибонуклеопротеины (простетическая группа — ДНК) и рибонуклеопротеины (простетичесая группа — РНК). Им принадлежит важная роль в хранении, передаче и реализации генетической информации. Между белком и молекулой нуклеиновой кислоты образуются ионные связи.

6. Фосфопротеины. Белки, которые содержат в своем составе фосфорную кислоту.

Используются для регуляции процессов жизнедеятельности (фосфорилирование/ дефосфорилирование). Между белком и остатком фосфорной кислоты формируются сложноэфирные связи, в образовании которых участвует OH-группа серина.

Примерами сложных белков являются белки соединительной ткани.

В соединительной ткани выделяют 3 группы белков:

фибриллярные структурные белки (семейства коллагена и эластина);

протеогликаны (ПГ);

фибриллярные адгезивные белки (семейства фибронектина и ламинина).

Фибриллярные структурные белки соединительной ткани Коллагены — основные гликопротеины соединительной ткани. Они составляют 25% всех белков организма человека и обеспечивают сопротивление растяжению в отличие от ПГ, которые противодействуют сжатию.

Эластин. Молекула эластина состоит из двух типов фрагментов, чередующихся вдоль цепи:

гидрофобные (фибриллярные) сегменты, которые ответственны за эластические свойства молекулы и глобулярные сегменты, богатые аланином и лизином, имеющие форму -спирали и участвующие в формировании поперечных связей между молекулами эластина.

Все эти белки содержат углеводы, поэтому относятся к сложным белкам и называются белково-углеводные комплексы (БУК).

БУК классифицируются по 2 критериям: количеству углеводов в комплексе и качественному углеводному составу:

протеогликаны (свыше 95% углеводов);

мукопротеины (10–50% углеводов);

гликопротеины (менее 10% углеводов).

Функции протеогликанов: 1) структурные компоненты внеклеточного матрикса; 2) специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками матрикса; 3) как полианионы они связывают поликатионы и катионы; 4) обеспечивают тургор (упругость) различных тканей, связывая воду; 5) противостоят компрессионным силами; 6) влияют на клеточную миграцию; 7) действуют как антикоагулянты.

Гликопротеины и мукопротеины часто считают синонимами, так как различия между ними касаются лишь количества углеводов в комплексе, а моносахариды глико- и мукопротеинов одинаковы: галактоза, манноза, гексозамины, нейраминовая и сиаловая кислоты.

Функции мукопротеинов: 1) как компоненты секретов слизистых оболочек они обладают защитными свойствами, уменьшая трение соприкасающихся поверхностей;

3) обеспечивают групповую, видовую и тканевую специфичность;

4) 3) обладают ферментативной активностью.

Функции гликопротеинов: 1) являются структурными компонентами мембраны клетки, коллагеновых, эластиновых и фибриновых волокон, костного матрикса;

3) транспортные молекулы для витаминов, липидов, микроэлементов;

4) обеспечивают иммунную защиту;

5) обладают гормональной и ферментативной активностью (тиротропин, факторы свертывания крови).

Внеклеточный матрикс содержит большое число адгезивных неколлагеновых белков, структурной особенностью которых является наличие доменов, способных специфически связываться с другими макромолекулами и рецепторами на поверхности клетки. Непременным компонентом доменов, обеспечивающих взаимодействие с клетками, является последовательность аминокислот: Аргинин – Глицин – Аспартат (R-G-D).

Фибронектин — высокомолекулярный гликопротеин. Существуют множественные формы фибронектина. Одна из них — фибронектин плазмы и других биологических жидкостей. Он принимает участие в механизмах свертывания крови и заживления ран. Фибронектины тканей располагаются на поверхности клеток, образуя фибронектиновые филаменты. Фибронектин ускоряет клеточную миграцию, обеспечивая взаимодействие клеток с матриксом.

Фибриллин — структурный компонент микрофибрилл, обеспечивающих образование эластиновых волокон. Он найден в хрусталике, периосте, аорте. При мутации гена, кодирующего синтез фибриллина, развивается синдром Марфана: эктопия хрусталика, арахнодактилия («паучьи» пальцы), поражение суставов.

Ламинин и энтактин — гликопротеины базальной мембраны. Они связываются не только между собой, но и с коллагеном, гепарансульфатом, поверхностью эпителиальных клеток, причем для связывания с различными веществами имеются свои домены.

Ферменты или энзимы (en zyme – в дрожжах) – это биологические катализаторы белковой природы.

Катализатор – это вещество, которое вступает в химическую реакцию, увеличивает её скорость, но не входит в состав конечных продуктов, то есть в результате реакции остается неизменным.

Не только биологический катализатор, но и все вещества, участвующие в протекающих в клетке реакциях, имеют свои названия:

Вещество, вступающее в реакцию, называется субстрат, а образующееся в результате реакции – продукт.

Чтобы произошла химическая реакция, необходимы следующие условия:

1) запас энергии молекул должен быть не ниже энергетического барьера реакции (энергия, обладая которой, молекула реакционноспособна);

2) молекулы должны сблизиться.

В начале ХХ в. предложили называть ферменты по названию субстрата с добавлением суффикса «-аза» (amylum — амилаза, lipos — липаза, protein — протеиназа). В 1961 г. Международный Совет Биохимиков (IUB) предложил положить в основу названия и классификации ферментов тип химической реакции. Каждому ферменту присвоен четырехзначный классификационный номер, включающий класс, подкласс, подподкласс и порядковый номер в подподклассе.

Выделяют 6 классов ферментов:

I класс – Оксидоредуктазы II класс – Трансферазы III класс – Гидролазы IV класс – Лиазы V класс – Изомеразы VI класс – Лигазы 1. Оксидоредуктазы — это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции с участием двух субстратов А и В. Реакции протекают с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ Например:

2. Трансферазы — это ферменты, катализирующие реакции межмолекулярного переноса функциональной группы (отличной от атома водорода) с субстрата А на субстрат В:

 +  креатин  АДФ  +  креатинфосфат 3. Гидролазы это ферменты, которые катализируют расщепление внутримолекулярных связей с участием воды. Например,  –COO  –СН2  –  RI  +  Н2О  R  –COOH  +  OH  –CH ­RI 4. Лиазы — это ферменты, отщепляющие группы от субстратов по негидролитическому механизму с последующим образованием двойных связей или присоединением веществ по месту двойной связи.

­C  –COOH  R  –C  H  O  +CO2 5. Изомеразы катализируют превращения различных типов оптических, геометрических и позиционных  изомеров, то есть превращения в пределах одной молекулы.

 O 6. Лигазы катализируют соединение двух молекул, сопряженное с использованием энергии АТФ или других макроэргических соединений.

COOH ­CH2 ­CH(NH2) ­COOH  +  NH3  +  ATФ  COOH ­CH2 ­CH(NH2)  –CONH2  +  АДФ  +  Н3  РО4 Глютаминовая  кислота  амин  глютаминовой  кислоты Например, алкогольдегидрогеназа по классификации ферментов (КФ, ЕС), имеет номер КФ 1.1.1.1. : это оксидоредуктаза, действует на ОН-группу донора с НАД в качестве акцептора с первым порядковым номером в своем подподклассе.

По сложности строения белковой молекулы выделяют простые ферменты, состоящие только из аминокислот, и сложные, имеющие ещё и небелковый компонент.

Сложный фермент называется холофермент. Белковый компонент называется апоферментом. Небелковый компонент имеет различные названия, в зависимости от его структуры:

1. Органический небелковый компонент называется по-разному в зависимости от прочности связи со своим апоферментом:

а) если связь прочная – простетической группой (примером простетической группы является флавинаденинмононуклеотид, или ФАД) б) если небелковый компонент легко диссоциирует – коферментом (например, никотинамидадениндинуклеотид, или НАД) Необходимо помнить, что в живых организмах небелковыми компонентами ферментов чаще всего являются коферментные формы водорастворимых витаминов.

2. Неорганический небелковый компонент называется кофактором.

Чаще всего в роли кофакторов выступают ионы металлов (Mg2+, Mn2+, Zn2+) Белковая природа ферментов объясняет особенности биологических катализаторов. В отличие от обычных химических катализаторов, белковые полимеры взаимодействуют с субстратом не всей поверхностью, а небольшим участком, который называется активным центром (АЦ).

Активный центр фермента – это уникальная комбинация аминокислотных остатков, которая связывается с субстратом и контролируемо осуществляет химическую реакцию.

Активный центр находится в рабочем состоянии, когда большинство функциональных групп аминокислот, в нём находится в диссоциированой форме и имеют заряд (СОО-, NH3+).

Благодаря этому фермент обеспечивает высокоэффективный кислотно-основной катализ.

Активный центр фермента формируется на уровне третичной структуры:

аминокислотные остатки, стоящие в первичной полипептидной цепи далеко друг от друга, сближаются, образуя АЦ. Изменение степени диссоциации функциональных групп аминокислот, входящих в состав АЦ, изменение третичной структуры фермента приводит к разрушению АЦ и потере ферментативной активности и может полностью инактивировать фермент.

Ключевые (регуляторные) ферменты метаболических процессов имеют не только активный центр, но и регуляторный центр (аллостерический). К аллостерическому (allos –иной, другой) центру фермента могут присоединяться химические вещества. При этом изменяется пространственная структура фермента, а, значит, и его активность, так как изменяется реакции.

Свойства ферментов как катализаторов белковой природы 1. Высокая молекулярная активность (ферменты могут ускорять реакцию в 108–1012 раз).

2. Высокая специфичность ферментов к субстратам (субстратная специфичность) и к типу катализируемой реакции (реакционная специфичность).

3. Высокая чувствительность ферментов к неспецифическим физико-химическим факторам среды: температуре, рН, ионной силе раствора.

4. Высокая чувствительность к химическим реагентам.

5. Возможность регуляции активности.

При этом всегда необходимо помнить о роли активного центра в работе фермента.

Катал — это количество фермента, которое обеспечивает превращение 1 моля субстрата за секунду.

Стандартная единица (U) — это количество фермента, которое превращает 1 мкмоль субстрата за 1 минуту, 1 U = 16,67 нкатал (нанокатал).

В медицине активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на 1 л биологической жидкости.

Удельная активность — выражается в единицах активности, рассчитанной на 1 мг белка.

Биологические катализаторы имеют оптимальную температуру действия, которая зависит от температуры среды, из которой выделен фермент. Например, для ферментов из организмов теплокровных животных, в том числе человека, температурный оптимум составляет 37-38 С, для растений – 25 С.

Активность химических катализаторов увеличивается с увеличением температуры среды.

Биологические же катализаторы (в большинстве), наиболее активны в районе 37С, а при нагревании до 80-100С они полностью инактивируются. Происходит это потому, что при сильном нагревании, белки (ферменты) денатурируются, разрушается 4-й, 3-й и 2-й уровни структурной организации, а, значит, разрушается и образованный третичной структурой активный центр.

Для каждого фермента характерно оптимальное значение рН среды, так как рН влияет на степень диссоциации и ионизации функциональных групп аминокислот, составляющих активный центр фермента. У одних ферментов в активном центре больше групп –NH3+, и степень ионизации их высока при кислой реакции среды (например, для пепсина оптимальный рН 1,5), у других ферментов, наоборот, оптимум рН лежит в щелочной среде.

Таким образом, реакция среды влияет на степень диссоциации и ионизации функциональных групп активного центра, а, значит, и на активность фермента.

Специфичность ферментов. Виды специфичности ферментов Специфичность – способность ферментов катализировать превращение одного субстрата или группы сходных по строению субстратов.

Выделяют три вида специфичности.

1. Абсолютная специфичность: один фермент катализирует превращение только одного вещества (например, уреаза – фермент, разрушающий мочевину).

2. Относительная (групповая) специфичность: фермент катализирует однотипные превращения группы похожих по структуре веществ (например, пепсин разрывает пептидные связи в самых различных белках) 3. Стереохимическая специфичность: фермент может катализировать превращение только одного изомера вещества. Для других изомеров требуются другие ферменты (например, образование и превращения L- и D-аминокислот).

Специфичность действия ферментов объясняют 2 модели: модель Э.Фишера «ключ – замок» и модель Д.Кошланда — модель индуцированного взаимодействия.

Согласно модели Э.Фишера (1890) между ферментом и субстратом существует пространственное соответствие по типу «ключ – замок». Такая модель не получила экспериментального подтверждения. В соответствии с моделью Д.Кошланда (1958) функциональные группы активного центра фермента ориентированы таким образом, что в отсутствие субстрата пространственные структуры фермента и субстрата лишь приблизительно соответствуют друг другу. Строгая комплементарность возникает только в процессе взаимодействия фермента и субстрата в результате изменения конформации и фермента и субстрата (индуцированное соответствие).

Рис.2.2 Этапы ферментативного катализа в соотвеоствии с моделью Д.Кошланда.

1. Связывание субстрата (S) с активным центром фермента (E) - образование ферментсубстратного комплекса (ES).

2. Внутримолекулярные перестройки в фермент-субстратном комплексе – образование активного фермент-субстратного комплекса.

3. Образование комплекса «фермент-продукт» (EP), в котором уменьшено сродство продукта к активному центру фермента, с последующим отщеплением продукта (P) от активного центра фермента.

4. Выход продукта реакции из активного центра фермента и восстановление исходной конформации фермента.

Изоферметы - это множественные формы ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию, но отличающиеся по физико-химическим и кинетическим свойствам. Эти различия обусловлены различной комбинацией аминокислотных остатков в первичной структуре фермента.

Изоферменты могут различаться:

1) по органной локализации (например, ферменты гликолиза в печени и мышцах);

2) по внутриклеточной локализации (тимидинкиназа митохондрий и ядра клетки).

Изоферменты также могут образовываться путём нековалентного связывания нескольких разных по структуре полипептидных цепей, разная комбинация которых даст различные изоферменты. Так, лактатдегидрогеназа (ЛДГ), состоит из 4-х цепей двух видов – Н и М. Из них возможно образование пяти изоферментов: Н4, Н3М, Н2М2, НМ3, М4. Н4 изофермент ЛДГ преобладает в миокарде, а М4 – в печени.

Рис.2.3. Изоферменты лактатдегидрогеназы (справа – электрофореграмма ЛДГ в плазме крови) Содержание изоферментных форм в плазме крови изменяется при заболеваниях сопровождающихся некрозом (разрушением) клеточных органелл и клеток ткани, что используется в клинической практике для диагностики.

Применение ферментов в клинической лабораторной диагностике В норме в крови человека всегда содержится большой набор ферментов. Любые, даже малейшие, скрытые, не проявляющиеся клинически в виде жалоб пациента, нарушения состояния здоровья всегда будут сопровождаться изменением количественного и/или качественного состава ферментов крови. Именно поэтому при профилактических осмотрах и в протоколах обследования больных обязательным считается анализ активности ферментов плазмы крови.

План обследования, каких именно ферментов у конкретного пациента составляет лечащий врач. Он основывается на знаниях метаболизма и на своих предположениях о возможных причинах нарушения состояния здоровья.

Следует помнить, что все ферменты плазмы крови разделяют на:

а) внутриклеточные (лактатдегидрогеназа, липаза, амилаза, кислая фосфатаза, креатинфосфокиназа, аминотрансферазы);

б) секреторные (образуются главным образом в печени и секретируются в кровь (сывороточная холинэстераза, ферменты свертывающей системы крови);

в) экскреторные (лейцинаминопептидаза и щелочная фосфатаза, которые синтезируются в печени и выделяются с желчью).

Наибольшее клиническое значение имеют клеточные ферменты. Местом их функционирования являются разные клетки тканей организма. В небольших количествах клеточные ферменты присутствуют в крови как результат физиологического, постоянно протекающего обновления клеток. При различных же заболеваниях, сопровождающихся нарушением целостности клеточных мембран, значительно усиливается выход из клеток этих ферментов и, соответственно, нарастает их концентрация (активность) в крови. Это явление и используют для диагностики повреждения тканевых структур.

В разных тканях присутствуют разные изоформы ферментов. Например, лактатдегидрогеназа в печени, в скелетных мышцах, в сердце и в других органах отличается по молекулярной массе и чувствительности к ингибиторам. Следовательно, определение изоферментного спектра данного фермента в сыворотке крови позволит не только диагностировать наличие заболевания, но и определить, какой именно орган поврежден в большей степени. Именно поэтому клеточные ферменты часто называют маркерными или индикаторными ферментами (кардиальными, печеночными и другими).

Врачам также следует помнить, что повышение уровня (активности) сывороточных ферментов не всегда отражает только повреждение клеточных мембран. Умеренный рост показателей может регистрироваться при усилении клеточного обновления (регенерация после повреждений), при пролиферативных процессах (опухолевый рост), при усилении синтеза ферментов, при нарушениях механизмов их выведения из сыворотки крови (гиперамилаземия при нарушении фильтрующей функции почек), при обструкции путей выведения (рост активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови при холестазе).

Изменить скорость химического процесса в клетках можно такими путями:

1. Изменением количества субстрата (регуляция проницаемости мембраны).

2. Изменением количества фермента (регуляция синтеза белков).

3. Использованием активаторов или ингибиторов ферментов.

Влияние концентрации субстрата (реакция нулевого порядка). Эта кривая описывается уравнениет Михаэлиса-Ментен:, где Km- константа Михаэлиса, численно равная кнцентрации субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной.

Km характеризует сродство фермента к данному субстрату. Чем меньше значение Кm, тем больше сродство фермента к данному субстрату и реакция эффективна уже при низких концентрациях субстрата. Если Кm высока, для протекания реакции необходимы большие концентрации субстрата.

Влияние активаторов на скорость ферментативной реакции Активаторы – это вещества, увеличивающие активность ферментов, а, следовательно, и скорость химической реакции.

Существуют несколько видов активации ферментов:

1. Активация ионами металлов:

а) металлы, встраиваясь в активный центр фермента, стабилизируют его, что улучшает его работу;

б) металлы образуют комплексы с субстратом, которые могут связаться с активным центром фермента.

2. Фосфорилирование и дефосфорилирование (ковалентная модификация) фермента:

присоединение к ферменту либо отщепление от фермента остатка фосфорной кислоты.

3. Необратимое активирование путем гидролиза части полипептидной цепи фермента (частичный протеолиз). Например, активация химотрипсиногена в тонком кишечнике.

Рис.3.1. Активация трипсиногена на скорость ферментативной реакции Ингибиторы – это вещества, снижающие активность ферментов и замедляющие скорость химических реакций. Ингибирование (торможение) бывает двух типов: необратимое и обратимое.

Необратимое ингибирование происходит в том случае, когда после взаимодействия с ингибитором исходную активность фермента невозможно восстановить. По этому принципу созданы боевые отравляющие вещества и инсектициды. Поступление даже небольших количеств таких веществ как инсектициды, в течение длительного времени сказывается на жизнедеятельности человека, пока не синтезируются новые молекулы ферментов, при условии, что не поступит ещё одна доза ингибитора. Это делает проблему экологической чистоты необычайно актуальной.

Фермент – SH(акт.) + ICH2 –COOH HI + фермент S- CH2 –COOH(неакт) братимое ингибирование может быть конкурентным и неконкурентным.

Конкурентное торможение возможно, когда ингибитор похож по своей структуре на субстрат, и конкурирует с ним за связь с активным центром.

Взаимодействует с активным центром та молекула, которая окажется к нему ближе. Если это молекула ингибитора, то она на некоторое время блокирует фермент: чем сильнее сродство ингибитора к активному центру, тем дольше он там остаётся. Как правило, с активным центром чаще связывается то вещество, концентрация которого выше.

Если концентрация ингибитора больше концентрации субстрата ([I] [S]), то реакция будет выглядеть так:

Эффект конкурентного ингибирования может быть снят добавлением избытка субстрата.

Неконкурентные ингибиторы не похожи по структуре на субстрат и чаще всего связываются с аллостерическим центром фермента или образуется тройной комплекс  торможение Торможение конечными продуктами реакции (регуляция по типу обратной связи) В живом организме метаболические процессы чаще всего представлены цепью протекающих одна за другой реакций. Поэтому важнейшим свойством именно биологической системы является то, что конечные продукты, ингибируя ключевой фермент всего процесса, могут регулировать своё образование.

Избыток ТТФ (тимидинтрифосфата) ингибирует ключевой фермент процесса – тимидинкиназу, и тормозит тем самым свой синтез и синтез ДНК. В опухоли этот механизм утерян, и это одна из причин нерегулируемого роста опухоли.

Примеры использования ингибиторов в медицинской практике При лечении заболеваний микробной этиологии: сульфаниламидные препараты структурно подобны парааминобензойной кислоте и тормозят образование фолиевой кислоты, необходимой для роста микроорганизмов. При отравлении антифризом (этиленгликолем) дают в больших дозах противоядие — этиловый спирт, играющий роль конкурентного ингибитора.

Для лечения подагры используют аллопуринол - необратимый ингибитор ксантиноксидазы.

Для лечения алкоголизма используют эспераль — необратимый ингибитор оксидазы уксусного альдегида, что тормозит превращение альдегида в уксусную кислоту. Накапливающийся альдегид оказывает сильное токсическое действие. При лечении панкреатита для предотвращения «самопереваривания» железы применяют контрикал — необратимый ингибитор протеолитических ферментов поджелудочной железы.

Особенности функционирования ферментов определяют скорости протекания всех биохимических реакций, определяют состояние здоровья человека, качество его жизни.

Функциональная активность большинства ферментов определяется их взаимодействием с небольшими молекулами – витаминами. Витамины – это органические вещества различной химической природы, поступающие в организм с пищей в небольших количествах и необходимые для жизнедеятельности человека.

Большой вклад в развитие витаминологии внес Николай Ивановича Лунина (1853-1937).

Петербургский педиатр Н. И. Лунин занимался разработкой смесей для искусственного вскармливания новорожденных. Это был конец 19 века, тогда уже знали, что все организмы состоят из белков, жиров, углеводов и минеральных солей. Эти же вещества, предполагалось, должны входить и в состав продуктов питания. Лунин провел лаконичные эксперименты:

кормил мышей смесью этих 4 элементов в пропорциях, соответствующих таковым в материнском молоке. На таком искусственном питании все мыши заболевали. Стоило же заболевшего мышонка перевести на естественное вскармливание, как все симптомы болезни быстро проходили. Лунин первым (!) предположил: в грудном молоке содержится еще какойто, неизвестный тогда науке элемент. Лунин назвал его «квинтэссенцией» или «особой жизненной силой». Как водится, коллеги осмеяли соискателя докторской степени и даже обвинили его не только в низких кулинарных способностях, но и в продвижении уже тогда считавшейся в «научных кругах» крамольной теории «витализма».

Спустя почти 30 лет после работ Н.И. Лунина американец польского происхождения Казимир Функ (1884-1967) выделил из рисовых отрубей эту «квинтэссенцию» и даже частично расшифровал ее структуру. Он установил, что это вещество содержит аминогруппы, потому К.

Функ и назвал выделенное им вещество «жизненным амином» - витамином (vita - жизнь + amine – аминогруппа).

Много после и другими исследователями было установлено, что витамины представляют собой группу различных водо- и жирорастворимых биологически активных веществ и что далеко не все они содержат аминогруппы. Тем не менее, термин «витамины» оказался настолько звучным и удачным, что его стали применять ко всем обнаруженным витаминам. А таковых уже сегодня известно более 20.

Что же объединяет всех этих представителей биологически активных веществ?

Все они являются пищевыми факторами, органическими соединениями, жизненно важными для человека в очень малых количествах для обеспечения эффективного протекания реакций метаболизма.

«Пищевые факторы» – следовательно, витамины не синтезируются в организме человека и других высших животных. Важность разнообразного и сбалансированного питания определяется и тем, что разные продукты питания содержат разное количество разных витаминов.

«Органические соединения» - следовательно, витамины являются продуктом жизнедеятельности других представителей живого (органического) мира – бактерий, растений.

«Жизненно важные» - витамины используются организмом человека в качестве субстратов для синтеза коферментов – регуляторов активности многих ферментов, переносчиков («таксистов») протонов, электронов и некоторых химических функциональных групп ацильных, метильных и пр. Жирорастворимые витамины являются субстратом для синтеза гормонов и других сигнальных биологически активных молекул.

«В очень малых количествах» - следовательно, витамины не используются организмом человека ни в качестве источника энергии (с этой целью преимущественно используются жиры и углеводы), ни для построения собственных клеточных структур организма (в отличие от белков, жиров и углеводов, витамины не выполняют пластических функций). Суточная потребность в витаминах действительно ничтожна - от 5-10 мкг (витамин D - кальциферол) до 30-100 мг (витамин В7 или Н - биотин). Сопоставьте с суточной потребностью в белках - 60- г, или в углеводах – Различия в суточной потребности витаминов определяются, с одной стороны, их разной ролью в протекании различных биохимических реакций метаболизма. С другой стороны, потребности в витаминах будут определяться особенностями физиологического состояния организма: возрастом (соотношением ана- и катаболических реакций), состоянием здоровья (норма, беременность, период вскармливания, стадии болезни, выздоровления), физической активностью, полом.

1. Поступление в организм в составе продуктов питания.

2. Всасывание витаминов из кишечника в кровь.

3. Транспорт в свободной форме или в комплексе с белками в ткани.

4. Превращения в коферментные формы и участие в метаболических реакциях в составе ферментов.

В здоровом, гармонически развивающемся организме потребности в витаминах полностью обеспечены их поступлением с продуктами питания. Такое состояние характеризуют как «нормовитаминоз».

И, напротив, при недостаточном обеспечении витаминами в организме будут регистрироваться нарушения протекания биохимических реакций – нарушения здоровья, качества жизни. По степени выраженности витаминная недостаточность (гиповитаминоз) может быть умеренной (быстрая физическая утомляемость, сонливость, снижение когнитивных способностей, прочие симптомы легкого недомогания) или выраженной (клинически проявляющиеся нарушения здоровья, остро нуждающиеся в оказании терапевтических мероприятий). Крайнюю степень витаминной недостаточности принято обозначать как авитаминоз – состояние организма, если его не корригировать – не лечить, способное привести к смерти пациента.

Причины дефицита витаминов легко понять и запомнить, если подумать, каким образом, по какой траектории они должны в конечном итоге превратиться в коферменты и выполнить свою работу.

На первом месте среди причин – несбалансированное питание, недостаточное поступление витаминов с пищей. Помните, витамины – пищевые факторы, не синтезируются в организме человека.

Другая частая причина развития гиповитаминозов – различные заболевания желудочнокишечного тракта, приводящие к нарушениям всасывания витаминов, поступающих с пищей.

Например, при патологии слизистой оболочки желудка снижается секреция внутреннего фактора Кастла, что тормозит всасывание в кровь витамина В12. Нарушается всасывание витаминов и при усиленной перистальтике различных отделов кишечника. Например, при длительной диарее, при дисбактериозах - нарушениях микробного профиля содержимого кишечника, при длительном применении пероральных антибиотиков, т.к. сапрофитная флора – один из «поставщиков» в организм человека некоторых витаминов: К, Н, В12, фолиевой кислоты).

Гиповитаминозы могут развиваться и при нарушении механизмов их транспортировки по сосудистому руслу из кишечника к клеткам - местам метаболического превращения витаминов в коферменты. Эта причина гиповитаминоза наиболее актуальна для жирорастворимых витаминов, транспорт которых требует придания им гидрофильных свойств путем предварительного связывания со специальными белками крови. Естественно, любые заболевания, токсические повреждения печени будут сопровождаться нарушениями синтеза этих транспортных белков, а, следовательно, к нарушению транспорта с кровью витаминов. И, в конечном итоге, несмотря на достаточное поступление витаминов с пищей и их эффективное всасывание в кишечнике, все равно развивается гиповитаминоз.

Еще одна причина витаминной недостаточности – нарушения в реакциях их преобразования в активные формы – в коферменты. Понятно, раз эти метаболические преобразования витаминов обеспечиваются специальными ферментами, то такой гиповитаминоз будет иметь место при нарушениях процессов синтеза этих самых ферментов – при дефектах в генетическом аппарате клеток.

Говоря о нарушениях в обеспеченности витаминами, нельзя забывать и о возможности развития гипервитаминозов – чрезмерно высокого насыщения организма витаминами. Такие состояния клинически встречаются реже, чем гиповитаминозы и не для всех витаминов.

Описаны случаи гипервитаминозов по витаминам А и D. Причинами гипервитаминозов, как правило, являются передозировки фармакопейных препаратов и злоупотребления пищевыми добавками. Лечение гипервитаминозов простое – соответствующая коррекция рациона питания.

Однако при несвоевременной диагностике возможны и смертельные исходы, что, к сожалению, имело место в послевоенной Германии, в результате непродуманной реализации государственной программы профилактики гиповитаминоза D у новорожденных.

В основе классификации витаминов лежит их химическое свойство – растворимость.

Все витамины классифицируют на:

- водорастворимые: витамины В1 (тиамин - антиневритный), В2 (рибофлавин), В5 или РР (никотиновая кислота, ниацин, никотинамид - антипеллагрическй), В3 (пантотеновая кислота - антидерматитный), В6 (пиридоксаль, пиридоксамин - антидерматитный), В7 или Н (биотин - антисеборейный, фактор роста бактерий), В9 или Вс (фолиевая кислота антианемический), В12 (кобаламин - антианемический), С (аскорбиновая кислота антискорбутный), Р (витамин проницаемости, рутин).

Для кроветворения необходимы фолиевая кислота и цианкобаламин, а для энергетического обмена – тиамин, рибофлавин, никотинамид, пантотеновая кислота, пиридоксин, биотин.

- жирорастворимые: витамины А (ретинол - антиксерофтальмический), D (кальциферол - антирахитический), Е (-токоферол - витамин размножения), К (филлохинон – антигеморрагический, F (смесь полиненасыщенных высших жирных кислот: линолевой, линоленовой, арахидоновой).

Водорастворимые витамины являются субстратами для синтеза коферментов– важных регуляторов активности ферментов. Исключение составляет только витамин С, его действие в организме не связано с взаимодействием с ферментами.

Коферменты принимают участие в модификации субстратов ферментативных реакций, при этом сами модифицируются – «принимают на себя» функциональные группы органических молекул (метильные, карбоксильные, гидроксильные, сульфгидрильные, аминогруппы). Сразу же после завершения биохимической реакции, модифицированные коферменты с помощью специальных ферментов восстанавливаются до своих исходных форм. Таким образом, каждый кофермент (витамин) будет использоваться многократно, что и определяет его малую потребность в организме.

Такие важные функции коферментов (витаминов), естественно, могут быть обеспечены только при наличии у них уникальной, «узнаваемой» ферментами структуры. Ниже на рисунках приведены химические формулы некоторых водорастворимых витаминов и соответствующих им коферментов.

Водорастворимые витамины.

(В1, антиневритный преобразуется в окислительного (несбалансированн Никотинамид (В5), Никотинамидаденин Переносит атомы Н Дефицит витамин РР (Preventive -динуклеотид (НАД), в окислительно- приводит к Pellagra), никотинамидадениндин восстановительных развитию пеллагры Пантотеновая кислота Входит в состав Перенос радикалов:

(В3, антидерматитный кофермента А (КоАSH) ацетила ( ) антианемический витамин образования двух метильной группы. продуктах питания Это вещества, которые нарушают функции витаминов и могут вызвать состояние авитаминоза даже при достаточном обеспечении фермента, витаминами. Как правило, антивитамины блокируют активные центры ферментов. деполимеризующего Существует две группы антивитаминов: 1) структурные аналоги витаминов; 2) вещества, не являющиеся структурными аналогами витаминов. ПримеромЯвляется является гидразид изоникотиновой кислоты – антивитамин пиридоксина. Ко второй группе относится, например, тиаминаза – фермент, расщепляющий витамин В1.

Метаболизм (обмен веществ) — это совокупность химических реакций, протекающих в клетках организма с момента поступления пищевых веществ до образования конечных продуктов обмена.

Функции метаболизма:

cнабжение клеток химической энергией;

превращение молекул пищи в строительные блоки – низкомолекулярные органические соединения (аминокислоты, моносахариды, спирты, жирные кислоты);

сборка из этих блоков компонентов клетки (белков, липидов, нуклеиновых кислот);

синтез и разрушение специализированных биологических молекул (например, гема, холина).

Метаболический путь — это последовательность химических превращений вещества.

Метаболические пути многоэтапны, взаимосвязаны, регулируемы, скоординированы в пространстве. Они бывают линейными (например, распад и синтез гликогена, гликолиз, окисление жирных кислот) и циклическими (цикл трикарбоновых кислот, орнитиновый цикл):

S A B C D P — пример линейного метаболического пути, где S — исходный субстрат, Р — конечный продукт, А, В, С, D — метаболиты (промежуточные продукты), Е1-5 ферменты.

Ферменты (фермент), которые определяют скорость всего процесса в целом, называются ключевыми (регуляторными). Они катализируют необратимые реакции, имеют четвертичную структуру, и на их активность влияют низкомолекулярные эффекторы.

1. Анаболизм — процесс синтеза сложных веществ из более простых, идущий с затратой энергии в виде АТФ.

2. Катаболизм — процесс расщепления сложных молекул до более простых, идущий с выделением энергии.

Анаболизм и катаболизм тесно взаимосвязаны:

Образование конечных Функциональная активность Синтез продуктов обмена (активный транспорт веществ, структурнофункциоуглекислого газа и воды, мышечная работа, нальных компонентов Рис. 5.1 Общая схема обмена веществ и энергии.

Обмен веществ состоит из трех этапов:

1) поступление веществ в организм;

2) метаболизм, или промежуточный обмен;

3) выделение конечных продуктов обмена Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции), а её использование связано с реакциями анаболизма и физиологической активностью организма (эндергонические реакции).

Прямое преобразование химической энергии субстратов в энергию макроэргических связей АТФ невозможно. Этот процесс разбит на две стадии:

Окисление субстратов  химическая энергия  АТФ Это органические соединения, которые имеют макроэргические связи, то есть связи, при гидролитическом расщеплении которых высвобождается более 30 кДж/моль (или 7 ккал/моль) энергии. Макроэргическая связь обозначается волнистой линией, или знаком «тильда».

К числу макроэргических соединений относятся нуклеозидтрифосфаты, нуклеозиддифосфаты, креатинфосфат, 1,3-дифосфоглицерат, ацетил-КоА фосфоенолпируват и другие.

Ведущая биологическая роль среди всех макроэргических соединений принадлежит АТФ.

Синтез АТФ называется фосфорилированием:

Для этой реакции требуется не менее 32 кДж/моль энергии.

АТФ образуется в клетке двумя путями:

I. С помощью окислительного фосфорилирования:

Q – это энергия окисления субстрата.

Окислительное фосфорилирование – это синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, который происходит за счет энергии транспорта электронов по митохондриальной дыхательной цепи. Это главный путь синтеза АТФ в аэробных условиях.

II. С помощью субстратного фосфорилирования:

В случае субстратного фосфорилирования для синтеза АТФ используется энергия гидролиза макроэргической связи субстрата, и кислород не требуется. Реакции субстратного фосфорилирования могут быть локализованы не только в митохондриях, но и в цитоплазме.

Витамины и коферменты, участвующие в энергетическом обмене Производные витамина В2: флавинмононуклеотид, флавинадениндинуклеотид (ФМН, ФАД):

Процесс окислительного фосфорилирования тесно связан (сопряжен) с окислительновосстановительными реакциями (ОВР), а именно с реакцией окисления водорода кислородом до воды — тканевым дыханием. Реакция образования воды in vitro (в пробирке) сопровождается одномоментным выделением около 230 кДж /моль энергии и описывается как реакция взрыва гремучего газа. В живой клетке такой путь термодинамически невозможен, поэтому окисление водорода до воды in vivo (в организме) характеризуется двумя важными особенностями.

Во-первых, газообразный водород в клетках не образуется. Он входит в состав субстратов и отделяется от них путем дегидрирования. Ферменты, которые катализируют эти реакции, — дегидрогеназы (ДГ). Это двухкомпонентные ферменты; они делятся на пиридиновые (ПДГ), которые в качестве кофермента используют производные витамина РР — НАД+ и НАДФ+, и флавиновые, которые в качестве кофермента используют производные витамина В2 — ФМН и ФАД. В ходе ОВР субстраты окисляются, а коферменты восстанавливаются.

Во-вторых, выделение энергии происходит постепенно, порциями, для чего процесс окисления водорода осуществляется в несколько стадий с участием ферментов дыхательной цепи.

Восстановленные субстраты, поставляющие атомы водорода для дыхательной цепи, это небольшие молекулы (карбоновые кислоты, кетокислоты, аминокислоты и др.). Основными поставщиками восстановленных субстратов являются центральные метаболические пути.

Тканевое дыхание — это процесс передачи атомов водорода (протонов и электронов) от органического субстрата на кислород по ферментам митохондриальной дыхательной цепи с образованием эндогенной воды, сопровождающийся высвобождением энергии, заключенной в субстрате. При этом 60% высвобождающейся энергии расходуется на теплопродукцию, а 40% на синтез АТФ по механизму окислительного фосфорилирования.

Компоненты цепи переноса электронов локализованы во внутренней мембране митохондрий (ВММ). Водород от субстратов (первичных доноров) вводится в дыхательную цепь с помощью НАД-зависимых и ФАД-зависимых денидрогеназ.

Систему тканевого дыхания можно представить в виде схемы пяти ферментных комплесов:

1) НАДН - КоQ-редуктаза; 2) сукцинат – КоQ-редуктаза; 3) КоQ-цитохром c-редуктаза; 4) цитохром а –оксидаза; 5) протонная АТФ-аза.

Роль таких переносчиков электронов на кислород в этих комплексах выполняют:

активные формы витамина В2 — ФМН и ФАД (присоединяют электроны и протоны);

атомы железа и меди в составе цитохромов;

железосерные белки (FeS-белки); цитохромы и железосерные белки переносят только электроны. Железосерные белки ассоциированы с ФМН, ФАД и цитохромом b.

жирорастворимый переносчик электронов и протонов, свободно перемещающийся по мембране, — убихинон (КоQ).

Цель работы дыхательной цепи: провести реакцию окисления водорода кислородом с образованием эндогенной воды.

Принцип работы дыхательной цепи: разделение потоков протонов и электронов, поступающих из матрикса. Электроны передаются на конечный акцептор — кислород; протоны выбрасываются в митохондриальное межмембранное пространство (ММП).

Место того или иного переносчика в дыхательной цепи определяется величиной редокспотенциала. Все реакции в дыхательной цепи направлены по термодинамической лестнице от компонента с самым отрицательным редокс-потенциалом (НАДH·Н+) к кислороду, имеющему самый положительный редокс-потенциал.

Редокс-потенциал (Ео ) численно равен электрондвижущей силе в Вольтах, возникающей между растворами окислителя и восстановителя (концентрации 1М, рН = 7,0, температура 25°С). Чем отрицательнее редокс-потенциал системы, тем выше ее способность отдавать электроны (восстановители). Чем положительнее редокс-потенциал, тем выше способность вещества присоединять электроны (окислители).

Перенос электронов по дыхательной цепи осуществляется в следующей последовательности:

Комплекс : НАДН-убихинон (КоQ)-оксидоредуктаза (или НАДН-дегилрогеназа).

Принимает электроны и протоны от НАДН·Н+; протоны выбрасываются в межмембранное пространство, электроны передаются на убихинон, или коэнзим Q (Ко Q).

Рис.5.2. Дыхательная цепь Комплекс : сукцинат-убихинон(КоQ)-оксидоредуктаза (или сукцинатдегидрогеназа).

Принимает электроны и протоны от субстратов в матриксе и передает их на убихинон.

Убихинон (КоQ) — это липофильная молекула, хинон, легко перемещается по мембране, принимает электроны и протоны от и комплексов дыхательной цепи и передает электроны на комплекс.

Цитохромы b, c1, c, входящие в состав дыхательной цепи, представляют собой железосодержащие белки, простетическая группа которых представлена гемом. Цитохромы могут переносить только электроны за счет атома железа с переменной валентностью, входящего в состав гемма:

Комплекс Ш: убихинон(КоQ)-цитохром с-оксидоредуктаза (или QH2-дегидрогеназа).

межмембранное пространство протонов.

V комплексом внутренней мембраны митохондрий является фермент, осуществляющий реакцию синтеза АТФ, - АТФ-синтаза (или протонная АТФ-аза (Н+- АТФ-аза).

Этот ферментативный комплекс состоит из двух частей:

Fо (о – олигомицин), который встроен в мембрану и пронизывает ее насквозь. F1,- по форме напоминает шляпку гриба или дверную ручку и обращен в матрикс митохондрии. В изолированном виде F1 не может синтезировать АТФ, но может проводить его гидролиз до АДФ и фосфата.

Реакция синтеза АТФ, которую проводит V комплекс, является окислительным фосфорилированием.

Биохимики долго искали промежуточные макроэргические соединения, которые могли бы служить посредниками между процессом тканевого дыхания и окислительным фосфорилированием. Английский биохимик П. Митчелл предположил, что синтез АТФ V комплексом ВММ сопряжен с особым состоянием этой мембраны, и сформулировал хемиоосмотическую теорию окислительного фосфорилирования (Нобелевская премия 1978 г.).

возникающий на мембране электрохимический потенциал (ЭХП) и есть промежуточная форма запасания энергии;

возвращение (транслокация) протонов в матрикс митохондрии через протонный канал V комплекса за счет ЭХП является движущей силой синтеза АТФ.

Дальнейшие исследования (Дж. Уокер, П. Бойер, Нобелевская премия 1997 г.) подтвердили предположения П. Митчелла. Ими показано, что энергия движения протонов используется на изменения конформации активного центра АТФ-синтазы, что сопровождается синтезом АТФ, а затем его высвобождением. Образовавшийся АТФ с помощью транслоказы перемещается в цитозоль. В ответ на это в матрикс митохондрии поступают АДФ и фосфат.

Энергетический эффект биологического окисления Источниками макроэргических соединений являются углеводы, липиды и белки. Пути их преобразований не приводят к высвобождению одинаковых количеств АТФ.

Для синтеза одной молекулы АТФ необходимо затратить около 32 кДж/моль энергии. Для этого достаточной является разность потенциалов между окислителем и восстановителем не менее 0,26 В. В.П. Скулачев установил, что таких участков в дыхательной цепи три. Они соответствуют I, III и IV комплексам и названы пунктами сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

Первая молекула АТФ синтезируется во время переноса электронов от НАДН+Н+ к флавопротеину (уровень I дыхательного комплекса), вторая – при переносе электронов от восстановленного цитохрома b на цитохром с (уровень III дыхательного комплекса), а третья молекула АТФ синтезируется при переносе электронов от цитохрома а на кислород (уровень IV дыхательного комплекса). Именно в этих участках дыхательной цепи существует наибольшая разница редокс-потенциалов, и количество энергии, высвобождаемой при транспорте электронов, будет достаточным для синтеза АТФ.

Эффективность окислительного фосфорилирования оценивают по коэффициенту фосфорилирования Р/О. Он определяется количеством молекул фосфата, использованных для синтеза АТФ, в расчете на один атом поглощенного кислорода.

При окислении субстратов, связанном с восстановлением НАД (НАД-зависимых субстратов), коэффициент Р/О равен 3. Примерами таких субстратов являются малат, изоцитрат, альфа-кетоглутарат, глутамат, бета-гидроксиацил-КоА, пируват, лактат).

При окислении ФАД-зависимых субстратов (сукцината, ацил-КоА, глицерол-3-фосфата) коэффициент Р/О равен 2.

Регулируется скорость работы дыхательной цепи энергетическим зарядом клетки, то есть соотношением АТФ/АДФ. АДФ является стимулятором дыхательной цепи, АТФ – аллостерическим ингибитором.

Зависимость дыхания митохондрий от концентрации АДФ назвается дыхательным контролем.

Ингибиторы митохондриальной дыхательной цепи Это яды, которые блокируют перенос электронов через дыхательные комплексы. Ротенон и барбитураты блокируют I комплекс, малонат — II, антимицин А – III, цианиды, угарный газ,сероводород блокируют перенос электронов на кислород, осуществляемый IV комплексом дыхательной цепи.

Разобщители тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования В том случае, если тканевое дыхание, или биологическое окисление, не сопряжено с синтезом АТФ (фосфорилированием), его называют свободным, или нефосфорилирующим, тканевым дыханием (биологическим окислением). В этом случае функционирует только дыхательная цепь. С.Е.Северин установил, что при охлаждении животных угнетается тканевое дыхание, сопряженное с окислительным фосфорилированием, но активируется свободное дыхание, не связанное с синтезом АТФ. При нормализации температуры окружающей среды происходит обратное явление.

Существуют вещества, которые подавляют окислительное фосфорилирование, то есть нарушают синтез АТФ, но при этом они не влияют на процесс переноса электронов дыхательной цепью. Такие вещества называются разобщителями тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

Механизм действия разобщителей сводится к тому, что, являясь липофильными веществами, они обладают способностью связывать протоны и переносить их в митохондриальный матрикс, минуя протонный канал АТФ-синтазы. Высвобождающаяся при переносе электронов энергия рассеивается в виде тепла, поэтому повышается температура тела. Различают:

разобщители естественные (продукты перекисного окисления липидов, жирные кислоты с длинной цепью, белки термогенины бурой жировой ткани, большие дозы йодсодержащих гормонов щитовидной железы);

разобщители искусственные (динитрофенол, производные витамина К, некоторые антибиотики).

Ингибиторы окислительного фосфорилирования (синтеза АТФ) К ним относится олигомицин, который закрывает протонный канал V комплекса и, таким образом, блокирует активность АТФ-синтазы.

Это состояния, которые возникают в организме вследствие дефицита АТФ в клетках.

Причины гипоэнергетических состояний:

алиментарные (голодание, гиповитаминозы РР, В2);

гипоксические (нарушения доставки О2 в клетки);

митохондриальные (действие ингибиторов, разобщителей тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, нарушение целостности митохондриальных мембран).

Глава 6. ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ, БЕЛКОВ.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРОВИНОГРАДНОЙ КИСЛОТЫ.

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

В результате катаболизма углеводов, липидов и белков высвобождается заключенная в этих веществах энергия. Существует три этапа катаболизма этих соединений.

этап катаболизма происходит в желудочно-кишечном тракте и сводится к реакциям гидролиза пищевых веществ. Химическая энергия рассеивается в виде тепла.

этап (внутриклеточный катаболизм) происходит в цитоплазме и митохондриях.

Химическая энергия частично рассеивается в виде тепла, частично накапливается в виде восстановленных коферментных форм, частично запасается в макроэргических связях АТФ (субстратное фосфорилирование).

заключительный этап катаболизма протекает в митохондриях и сводится к образованию конечных продуктов обмена - СО2 и Н2О. Химическая энергия частично рассеивается в виде тепла, а 40– 45 % ее запасается в виде АТФ (окислительное фосфорилирование).

Продукты, образовавшиеся на первой стадии катаболизма, превращаются в более простые соединения на второй стадии в результате таких специфических метаболических процессов как гликолиз, окисление жирных кислот, глицерина, дезаминирование аминокислот. Это приводит к постепенной потере их принадлежности к определенному классу химических соединений. В процессе катаболизма от субстратов отщепляются атомы водорода, которые через систему переносчиков митохондриальной дыхательной цепи поступают на кислород, и образуется метаболическая вода.

Третья стадия катаболизма включает окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, цикл трикарбоновых кислот, тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование.

Дальнейшие преобразования ацетил-КоА и восстановленных коферментов, приводящие к появлению конечных продуктов (СО2, Н2О) и синтезу АТФ, уже одинаковы и не зависят от их первоначального источника. Поэтому третья стадия катаболизма называется общим путем катаболизма или стадией неспецифических реакций катаболизма.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (пирувата) В тканях живых организмов большая часть белков, жиров и углеводов превращается в пируват. Это ключевой метаболит.

Резкое увеличение пирувата в крови нежелательно, так как он легко проходит через мембраны и может накапливаться в тканях. Пируват легко преодолевает гематоэнцефалический барьер и может накапливаться в ткани мозга, что происходит, например, при заболевании бери-бери.

В здоровом организме значительная часть пирувата вступает в реакцию окислительного фосфорилирования. Это необратимая реакция, которую катализирует мультиферментный пируватдегидрогеназный комплекс, который находится только в митохондриях. Самая высокая активность ферментов этого комплекса обнаруживается в сердечной мышце и почках.

Пируватдегидрогеназный комплекс (ПВДГК) - это мультиферментная система, которая включает 3 фермента и 5 коферментов, которые являются производными водорастворимых витаминов.

Е1 — пируватдегидрогеназа (пируватдегидрогеназа). Коферментом является активная форма витамина В1 (тиамина) — ТПФ (тиаминпирофосфат).

Е2 — дигидролипоилацетилтрансфераза. Коферментом является витаминоподобное вещество — липоевая кислота, которая может восстанавливаться в дигидролипоил, присоединив 2 атома водорода. Липоевая кислота также может переносить ацетильные остатки.

С этим ферментом работает и активная форма пантотеновой кислоты — КоАSH, которая принимает ацетильный остаток от липоевой кислоты.

Е3 — дигидролипоилдегидрогеназа. Коферментом является ФАД — активная форма витамина В2 (рибофлавина). С работой этого фермента связан также кофермент НАД+ — активная форма витамина РР (никотиновой кислоты).

Аминокислоты

АДФ АТФ

Последовательность реакций, катализируемых пируватдегидрогеназным комплексом Суммарное уравнение окислительного декарбоксилирования пирувата:

Таким образом, в результате образуются следующие конечные продукты: СО2, атомы водорода для дыхательной цепи в составе НАДН·Н+ и богатое энергией макроэргическое соединение ацетил-КоА. Лимитирующей реакцией в этом процессе является пируватдегидрогеназная (пируватдекарбоксилазная) реакция.

Активность пируватдегидрогеназы регулируется путем ковалентной модификации по механизму фосфорилирования – дефосфорилирования. Фермент активен в дефосфорилированной форме и неактивен в фосфорилированной.

Фермент-ОН (активный) + АТФ Фермент-ОРО3Н2 (неактивный) + АДФ (Реакция катализируется пируватдегидрокиназой).

Фермент-ОРО3Н2 (неактивный) + Н2О Фермент - ОН (активный) + Н3РО (Реакция катализируется пируватдегидрофосфатазой). При низкой концентрации инсулина и высоком уровне энергообеспеченности клетки (АТФ, ацетил-КоА и НАДН·Н+) этот комплекс находится в неактивном состоянии. Активирование пируватдегидрогеназного комплекса индуцируется инсулином, КоА-SН, пируватом, АДФ и ионами магния.

Энергетический выход окислительного декарбоксилирования пирувата составляет молекулы АТФ, так как окисление восстановленного НАДН·Н в митохондриальной дыхательной цепи сопряжено с синтезом 3 молекул АТФ.

Цитратный цикл, цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) Приблизительно 60% образовавшегося ацетил КоА включается в цикл трикарбоновых кислот. При этом HS-КоА высвобождается, а ацетил окисляется до СО2 и Н2О.

ЦТК – это центральный метаболический путь, финальная стадия окисления липидов, белков и углеводов. Ганс Кребс, открывший его в 1937 году, получил в 1953 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

ЦТК локализован в матриксе митохондрий, в непосредственной близости к их внутренней мембране.

Это циклический процесс из восьми последовательных реакций, в результате которых происходит декарбоксилирование и дегидрирование ацетил-КоА (универсального клеточного топлива).

1. Водороддонорная функция. Цикл Кребса поставляет субстраты для дыхательной цепи (НАД-зависимые субстраты: изоцитрат, -кетоглутарат, малат; ФАД-зависимый субстрат – сукцинат).

2. Катаболическая функция. В ходе ЦТК окисляются до конечных продуктов обмена ацетильные остатки, образовавшиеся из топливных молекул (глюкоза, жирные кислоты, глицерол, аминокислоты).

3. Анаболическая функция. Субстраты ЦТК являются основой для синтеза многих молекул (альфа-кетокислоты -кетоглутарат и оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота, ЩУК могут превращаться в аминокислоты глутамат и аспартат; ЩУК может превращаться в глюкозу, а сукцинил-КоА используется в синтезе гема.

Так как ЦТК сочетает катаболическую и анаболическую функции, то его называют амфиболическим путем.

4. Энергетическая функция. На уровне сукцинил-КоА происходит субстратное фосфорилирование с образованием 1 молекулы макроэрга (ГТФ, что эквивалентно АТФ).

Четыре дегидрогеназные реакции в цикле Кребса создают мощный поток электронов, богатых энергией. Эти электроны поступают в дыхательную цепь внутренней мембраны митохондрий.

Конечным акцептором электронов является кислород. При последовательном переносе электронов на кислород высвобождается энергия, достаточная для образования 11 молекул АТФ путем окислительного фосфорилирования.

Итого, из 12 молекул АТФ, непосредственно в ЦТК образуется 1 молекула ГТФ (АТФ) путем субстратного фосфорилирования, 11 молекул АТФ образуются путем окислительного фосфорилирования в митохондриальной дыхательной цепи.

Схема цикла трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл Кребса ) дегидрогеназа Фумараза Субстратное фосфорилирование Цикл начинается с конденсации ацетил-КоА с 4-углеродной кетокислотой — оксалоацетатом или щавелевоуксусной кислотой (ЩУК). В результате образуется трикарбоновая кислота цитрат. Изомеризация цитрата ведет к образованию изоцитрата. В ходе последовательных реакций изоцитрат декарбоксилируется и одновременно дегидрируется (фермент изоцитратдегидрогеназа). Образовавшийся -кетоглутарат также декарбоксилируется и дегидрируется. Образовавшийся макроэрг сукцинил-КоА служит источником энергии для синтеза АТФ (субстратное фосфорилирование в цикле Кребса). В результате еще двух дегидрирований (ферменты сукцинатдегидрогеназа и малатдегидрогеназа) происходит регенерация оксалоацетата, и запускается новый оборот цикла Кребса.

Таким образом, наряду с конечным продуктом обмена диоксидом углерода, в четырех дегидрогеназных реакциях трижды восстанавливается НАД+ (изоцитратдегидрогеназная, кетоглутаратдегидрогеназная, малатдегидрогеназная реакции) и один раз восстанавливается ФАД (сукцинатдегидрогеназная реакция). Чтобы цикл мог функционировать, необходимо окислить эти коферменты, то есть передать атомы водорода в дыхательную цепь, где происходит их окисление кислородом до воды – другого конечного продукта катаболизма углеводородов.

Первый фермент цитратсинтаза ингибируется АТФ, жирными кислотами. Лимитирующим ферментом (катализирует самую медленную реакцию) является изоцитратдегидрогеназа. Он активируется АДФ, НАД+, ингибируется АТФ, восстановленной формой НАДН·Н+.

Когда в клетке достаточно АТФ (состояние покоя), скорость цикла снижается.

При распаде АТФ (процесс работы) образуется АДФ, который активирует самую медленную реакцию и, следовательно, скорость всего цикла в целом.

Глава 7. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВАРИВАНИЯ И ВСАСЫВАНИЯ УГЛЕВОДОВ.

МЕТАБОЛИЗМ ГЛИКОГЕНА

Углеводы — это альдегиды и кетоны многоатомных спиртов, а также производные и полимеры этих соединений.

Углеводы пищи. Бльшая часть углеводов поступает в организм с пищей растительного происхождения. Обычный суточный рацион содержит 400–500 г углеводов, из которых 60– % составляют полисахариды (в основном крахмал, в меньшем количестве — гликоген и пищевые волокна), 20–30 % олигосахариды (сахароза, лактоза, мальтоза), остальное количество — моносахариды (в основном глюкоза, фруктоза и пентозы). Углеводы обеспечивают 60–70 % (не менее 50 %) суточного энергопотребления. В кишечнике всасываются моносахариды, поэтому в процессе переваривания углеводов пищи должно происходить их расщепление до моносахаридов.

Ротовая полость:

Переваривание углеводов начинается в ротовой полости. Альфа--амилаза слюны гидролизует внутренние -1,4-гликозидные связи в углеводах. Продуктами расщепления на данном этапе являются олигосахаридные фрагменты (декстрины), в небольшом количестве — мальтоза и глюкоза.

Тонкий кишечник:

Секретин стимулирует выделение панкреатического сока.

Холецистокинин-панкреозимин стимулирует секрецию панкреатической альфа-амилазы и других панкреатических ферментов пищеварения.

Панкреатическая -амилаза гидролизует внутренние -1,4-гликозидные связи олигосахаридов и полисахаридов до мальтозы, изомальтозы и -декстринов.

В ходе пристеночного пищеварения дисахаридазы гидролизуют дисахариды (мальтозу, изомальтозу, сахарозу, лактозу, трехалозу) до моносахаридов.

Мальтаза гидролизует мальтозу на две молекулы D-глюкозы.

Лактаза гидролизует лактозу на D-галактозу и D-глюкозу.

Недостаточность лактазы проявляется в появлении диареи и метеоризма после приема молока. Это связано с тем, что негидролизованная лактоза поступает в нижние отделы кишечника, где сбраживается кишечной микрофлорой с образованием газов (метеоризм) и кислот. Кислоты вследствие осмотического действия привлекают много воды к кишечнику, что приводит к диарее. Метеоризм приводит к возникновению кишечных колик.

Изомальтаза/Сахараза — фермент двойного действия. Имеет два активных центра, расположенных в разных доменах. Фермент гидролизует сахарозу до D-фруктозы и D-глюкозы.

С помощью другого активного центра фермент катализирует гидролиз изомальтозы до двух молекул D-глюкозы.

-Декстриназа (терминальная декстриназа) также образуется в клетках слизистой кишечника и локализована в апикальной мембране энтероцитов. Фермент гидролизует -1,6гликозидные связи в -декстринах.

Всасывание глюкозы происходит в два этапа.

I этап заключается в транспорте глюкозы из полости тонкого кишечника в энтероциты.

Осуществляется по двум механизмам:

• натрий-независимый транспорт с участием ГЛЮТ-5 (белок-транспортер (переносчик) глюкозы);

• натрий-зависимый транспорт с участием Na -глюкозного транспортера.

2 этап — это транспорт глюкозы из энтероцитов в капилляры портальной венозной системы (натрий-независимый транспорт с участием ГЛЮТ -2).

Пищевые волокна. Некрахмальные полисахариды состоят из гетерогенной группы углеводных соединений (клетчатка, пектины, гемицеллюлоза, камеди). Основной полисахарид пищевых волокон – клетчатка (целлюлоза). Клетчатка не усваивается организмом человека, так как в пищеварительном тракте отсутствует -глюкозидаза. Однако,пищевые волокна необходимы для регуляции перистальтики кишечника, связывают воду, адсорбируют желчные кислоты, холестерол, токсины, тяжелые металлы, нормализуют состав микрофлоры Существует группа белков-переносчиков (транспортеров) глюкозы (ГЛЮТ), сходных по структуре, но различающихся по участию в транспорте глюкозы (пять изоформ собственных транспортеров глюкозы). Они локализованы в плазматических мембранах всех клеток и участвуют в транспорте глюкозы (ускоряют транспорт) по градиенту её концентрации.

Инсулин стимулирует поступление глюкозы в адипоциты, миоциты и кардиомиоциты, увеличивая количество ГЛЮТ-4 в плазматических мембранах этих клеток.

После поступлении моносахаридов в клетки осуществляется их фосфорилирование либо «активация». Фосфорилированные моносахариды не могут пройти через цитоплазматическую мембрану и остаются в клетке. Реакции фосфорилирования требуют энергии АТФ и являются необратимыми.

гексокиназа – мышцы (м) глюкокиназа – печень (п) Галактоза и фруктоза, поступившие из желудочно-кишечного тракта, фосфорилируются по первому атому углерода:

Галактоза + АТФ Галактозо-1-фосфат + АДФ (фермент галактокиназа) Фруктоза + АТФ Фруктозо-1-фосфат + АДФ (фермент фруктокиназа) Функции гликогена Гликоген – это депо глюкозы в организме. Гликоген печени поставляет глюкозу в кровь, она может быть использована другими тканями. Гликоген мышц является источником получения АТФ, необходимого для мышечного сокращения.

Почему гликоген является основным энергетическим ресурсом?

1) гликоген может быть быстро мобилизован;

2) гликоген может быть источником энергии (АТФ) в анаэробных условиях (гипоксия);

3) мозг использует именно глюкозу как основной источник энергии. Большая часть используемой при этом глюкозы поступает при распаде гликогена печени.

Пути синтеза и распада гликогена различаются, что позволяет этим метаболическим процессам протекать независимо друг от друга и исключает переключение промежуточных продуктов с одного процесса на другой.

Процессы синтеза и распада гликогена наиболее активно идут в клетках печени и скелетных мышц.

Общее содержание гликогена в организме взрослого человека около 450 г:

в печени — до 150 г, в мышцах — около 300 г. Более интенсивно гликогенез осуществляется в печени.



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ А.В. Домбровская, А.Г. Серебрянская АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ Учебное пособие Санкт-Петербург 2013 1 УДК 574 ББК 20.1 Д 66 Домбровская А.В., Серебрянская А.Г. Английский язык. Экологический менеджмент: Учеб. пособие. – СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. – 68 с. Цель пособия – расширение...»

«Ю.А. Курганова МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ОМД: краткий исторический экскурс, основы и тенденции развития По курсу История развития машиностроения Ульяновск 2005 1 Федеральное агентство по образованию Ульяновский государственный технический университет Ю. А. Курганова ОМД: краткий исторический экскурс, основы и тенденции развития Методические указания для студентов специальности 1204 Машины и технология обработки металлов давлением Ульяновск 2005 2 УДК 621(09)(076) ББК 34я К Одобрено секцией...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Часть I Методические указания и контрольные задания Пенза 2002 УДК 531.3 (075) И85 Методические указания предназначены для студентов специальности 180200 Электрические и электронные аппараты и других специальностей очного и заочного обучения и содержат контрольные задания для самостоятельной работы студентов по темам Растяжение и сжатие, Статически неопределимые системы, Геометрические...»

«Учебное пособие Физика и химия полимеров Санкт-Петербург 2010 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ В.В. Зуев, М.В. Успенская, А.О. Олехнович Физика и химия полимеров Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 2 Зуев В.В., Успенская М.В., Олехнович А.О. Физика и химия полимеров. Учеб. пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. 45 с. Пособие соответствует государственному образовательному стандарту...»

«Г. И. Тихомиров Технологии обработки воды на морских судах Федеральное агентство морского и речного транспорта РФ Федеральное бюджетное образовательное учреждение Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского (ФБОУ МГУ) Тихомиров Г. И. ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ВОДЫ НА МОРСКИХ СУДАХ Курс лекций Рекомендовано методическим советом ФБОУ МГУ в качестве учебного пособия для обучающихся по специальности 180405.65 – Эксплуатация судовых энергетических установок Владивосток 2013 УДК...»

«Экономические и гуманитарные наук и ББК Т 3(2) 718 ОПУБЛИКОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПО ИСТОРИИ КОМСОМОЛА ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ 1920-Х ГОДОВ А.А. Слезин Кафедра истории и философии, ТГТУ Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым Ключевые слова и фразы: Истмол; мемуары; периодика; статистика; стенограммы; субъективизм. Аннотация: Статья характеризует источниковую базу исследований по истории молодежного движения 1920-х годов, содержит методические рекомендации аспирантам и студентам...»

«Федеральное агентство морского и речного транспорта Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского Кафедра психофизиологии и психологии труда в особых условиях НЕЙРОФАРМАКОЛОГИЯ: СИСТЕМАТИКА ПСИХОТРОПНЫХ СРЕДСТВ, ОСНОВНЫЕ КЛИНИЧЕСКИЕ И ПОБОЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ Учебное пособие Рекомендовано методическим советом Морского государственного университета В качестве учебного пособия для студентов Специальности 0204, 0313 направление 5210 Составила М. В. Чеховская Владивосток 2007 УДК...»

«ИНСТИТУТ РУССКОГО ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА В.Г. ФЕДЦОВ, Л.А. ДРЯГИЛЕВ ЭКОЛОГИЯ И ЭКОНОМИКА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ Под редакцией д. н. э. П. В. Забелина Учебно - методическое пособие Москва 2003 ББК 20.18я73 Ф349 Р е ц е н з е н т ы: Р.С. ПЕРМЯКОВ, д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ (Российская академия госслужбы при Президенте РФ) Н.Ф. ПУШКАРЕВ, д.э.н. (Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова) Федцов В. Г., Дрягилев Л. А. В учебно-методическом пособии рассмотрены следующие...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию РФ Владивостокский государственный университет экономики и сервиса _ ФИЗИКА Практикум Владивосток Издательство ВГУЭС 2009 ББК 22.3 Ф 48 Рецензенты: В.А. Игнатюк, д-р физ.-мат наук, профессор; В.Н. Савченко, д-з физ.-мат. наук, профессор ФИЗИКА: практикум / сост. В.А. Доценко, Б.П. ОстаФ 48 нин, Л.Р. Родкина, А.И. Шавлюгин, Е.Э. Шмакова. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2009. – 116 с. В практикуме содержится...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ, ИНФОРМАТИКИ И СВЯЗИ КАФЕДРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению и защите выпускных квалификационных работ для студентов направлений 140200 и 140600: бакалавр 140200.62 Электроэнергетика и 140600.62 Электротехника, электромеханика и электротехнологии специалист 140211.65...»

«3 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева Н.П. Тарасова, Б.В. Ермоленко, В.А. Зайцев, С.В. Макаров Охрана окружающей среды в дипломных проектах и работах Утверждено Редакционным советом университета в качестве учебного пособия Москва 2006 4 УДК 504.06:66(075) ББК 26.23я73 Т 19 Рецензенты: Доктор технических наук, профессор Российского химикотехнологического университета им....»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Риторика Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2014 Каменская Н.Е., Кузьмина О.В., Петрова Н.А., Солоусов А.С. Риторика: Учебно-методическое пособие. /Под общей ред. Кузьминой О.В. – СПб.: Редакционно-издательский отдел Санкт-Петербургского Национального исследовательского университета информационных технологий, механики и...»

«Под общей редакцией В.И. Савельева Допущено Научно-методическим советом по физике Министерства образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим направлениям и специальностям Второе издание, стереотипное УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 С12 Савельев И.В. Курс общей физики : в 4 т. — Т. 1. Механика. Молекулярная физика С12 и термодинамика : учебное пособие / И.В. Савельев ; под общ. ред. В.И. Савельева. — 2-е изд.,...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Государственное научное учреждение ИНСТИТУТ ОБРАЗОВАНИЯ ВЗРОСЛЫХ РАО КНИГА 1. СОВРЕМЕННЫЕ АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ ОБРАЗОВАНИЯ ВЗРОСЛЫХ ПОД РЕДАКЦИЕЙ В.И.ПОДОБЕДА, А.Е.МАРОНА С А Н К Т-ПЕ Т Е РБУРГ 2004 1 УДК 370.1 Печатается по решению Редакционно-издательского совета ГНУ ИОВ РАО Практическая андрагогика. Методическое пособие. Книга 1. Современные адаптивные системы и технологии образования взрослых / Под ред. д.п.н., проф. В.И.Подобеда, д.п.н., проф....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Физика Квантовая оптика. Элементы квантовой механики. Физика атома и атомного ядра Методические указания и задания к контрольной работе № 4 по трех- и четырехсеместровому курсам физики для студентов заочной формы обучения технических специальностей Екатеринбург УрФУ 2010 1 УДК 530(075.8) Составитель Г. В. Сакун Научный редактор проф., д-р физ.-мат. наук А. В....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ” ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК И ЭКОЛОГИИ (КУРЧАТОВСКИЙ РНЦ) МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) В. Г. Багров, В. В. Белов, А. Ю. Трифонов МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ Асимптотические методы в релятивистской квантовой механике Допущено Учебно-методическим...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ Н.В. Камышова ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2013 УДК 006.91 Камышова Н.В. Основы метрологии, стандартизации и сертификации: Учеб.-метод. пособие. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. 26 с. Даны рабочая программа, рекомендации по выполнению...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ Т.Е. Бурова ХИМИЯ ВКУСА, ЦВЕТА И АРОМАТА Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2014 УДК 664.8.037 Бурова Т.Е. Химия вкуса, цвета и аромата: Учеб.-метод. пособие / Под ред. А.Л. Ишевского. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. 28 с. Изложены цели, основные задачи и содержание дисциплины Химия вкуса, цвета и...»

«Министерство Образования Азербайджанской Республики Западный Университет Банковский маркетинг и банковский менеджмент Учебное пособие Утверждено в качестве учебного пособия Ученым Советом Западного Университета от 28 ноября 2009 года (протокол №4) Баку 2010 1 Составители: к.э.н., доцент Курбанов П.А. к.э.н., преподаватель Абасов Э.А. Научный редактор: д.э.н., профессор Гусейнова Э.Н. Технический редактор: Касимова Т.Ю. Учебное пособие рекомендуется для студентов финансовых специальностей и...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ Р.А. Фёдорова УЧЕБНАЯ ПРАКТИКА ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2013 1 УДК 663.4 Фёдорова Р.А. Учебная практика. Правила оформления отчета: Учеб.-метод. пособие. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. 27 с. Данное пособие составлено на основании Государственного...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.